EP0210202A1 - Probekörper für ultraschallprüfung. - Google Patents

Probekörper für ultraschallprüfung.

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EP0210202A1
EP0210202A1 EP86900738A EP86900738A EP0210202A1 EP 0210202 A1 EP0210202 A1 EP 0210202A1 EP 86900738 A EP86900738 A EP 86900738A EP 86900738 A EP86900738 A EP 86900738A EP 0210202 A1 EP0210202 A1 EP 0210202A1
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EP
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test specimen
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reflection surface
inserts
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Wolf-Dieter Feist
Manfred Podlech
Johann Gollwitzer
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MTU Aero Engines AG
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MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/30—Arrangements for calibrating or comparing, e.g. with standard objects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49764—Method of mechanical manufacture with testing or indicating
    • Y10T29/49771—Quantitative measuring or gauging
    • Y10T29/49774—Quantitative measuring or gauging by vibratory or oscillatory movement

Definitions

  • Test specimen for ultrasonic testing The invention relates to a test specimen for ultrasonic testing with a test error or reflector of a certain type, position and size, for testing or calibrating (calibrating) ultrasonic test devices or test heads.
  • the invention is intended for use in non-destructive material testing.
  • Test reflectors or small test errors are required to calibrate ultrasound test devices and / or test heads and to prove fault detection.
  • Circular disc reflectors in the form of blind holes with a flat bottom.
  • such holes cannot be made as small as desired, especially if the floor is to be flat.
  • the object of the invention is to reproducibly produce a test specimen with a very small test error in ⁇ 0.5 mm in position and sound behavior. Furthermore, the test specimen should be easy to manufacture and contain a reflector with any, but reproducible shape. This task is solved by the features of the main claim. Further features of the invention are contained in subclaims.
  • the invention makes it possible to produce a test specimen with reproducible replacement errors and / or replacement reflectors (inserts) of the order of magnitude of approximately 0.01 to 0.05 mm, which are defined geometrically within narrow limits. Furthermore, the invention enables the reflector to be produced in almost any reproducible form and to determine the associated influences on the ultrasonic signal.
  • the test specimen consists of powderable metal, intermetallic phases or ceramics.
  • the inserts advantageously consist of quartz glass or a similarly behaving material.
  • Fig. 1 shows the test specimen with the insert arranged therein
  • Fig. 2 shows the detail A. Fig. 1 in an enlarged view.
  • the test specimen 1 - here a pressed body - is contained in a capsule 2.
  • This has a filling tube 3; Grain ⁇ 100 ⁇ m, an intermetallic phase or a ceramic powder is advantageously filled into the metal powder, for example Ni-based alloy.
  • the filling tube is removed together with the cover after the pressing process (hot or cold isostatic), for example ground off. The ground surface then forms the later specimen surface 4.
  • an insert holder 5 and an insert 6, for example a quartz rod are attached in the bottom area of the compact 1 .
  • the insert has, for example, a reflector surface 7 lying in a plane parallel to the specimen surface 4. With the help of this replacement reflector or replacement error, the desired tests can be carried out on ultrasonic devices.
  • the direction of insonification is from top to bottom, ie in the vertical plane or in planes parallel to the axis of the compact.
  • the test specimen is usually immersed in a liquid.
  • the insert (s) 6 made of material that does not interfere with the ultrasonic testing, such as quartz glass or synthetic diamond, sapphire in the form of a rod, needle or fiber, of approximately 10-100 ⁇ m in pieces or particulate with any surface formation (see FIG. 3) is in a defined geometric position ( 1) held in the (Fe) capsule by means of the holder 5 on the bottom thereof, for example at a distance of 1 - 10 mm from 4, if the capsule is about 20 mm ⁇ and about 30 - 60 mm long.
  • material that does not interfere with the ultrasonic testing such as quartz glass or synthetic diamond, sapphire in the form of a rod, needle or fiber, of approximately 10-100 ⁇ m in pieces or particulate with any surface formation (see FIG. 3) is in a defined geometric position ( 1) held in the (Fe) capsule by means of the holder 5 on the bottom thereof, for example at a distance of 1 - 10 mm from 4, if the capsule is about 20 mm ⁇ and about 30 - 60 mm long
  • the metal powder is then introduced through the filling tube or a filling funnel.
  • the mounting of the inserts such as quartz rods on the capsule, in particular on the capsule base is designed - advantageously conical - that no one-sided forces during the pressing process, e.g. Apply cold or hot isostatic pressing to the insert, such as a quartz rod.
  • the capsule is advantageously evacuated during the filling process of the capsule with the powder material, after which it is closed, for example if the capsule is made of metal Weld so that it is tight.
  • the powder can also be filled in under air and then - just before sealing - evacuated. Then the pressing process is started. It can be carried out in a press customary for the processes mentioned, at the usual pressures and temperatures. In addition, one or more heat treatment stages can follow the pressing process.
  • the encapsulation is then carried out by cutting off the filling tube with the lid.
  • the nominal length is set at 4 by a processing method known per se.
  • the insert must be tightly enclosed.
  • the test specimen consists of a material that is the same or similar to the material or workpiece to be tested. It is necessary to use materials or groups of materials that can be processed using a powder metallurgical process.
  • HIP hot isostat presses
  • Quartz is suitable for use in nickel-based alloys because, e.g. when hot pressing, can be used well. At the HIP temperature for such an alloy, the use is so firm that the shape is retained and there is a sufficient impedance difference to the surrounding material from the alloy.
  • other correspondingly suitable material combinations can also be selected.
  • a high-resolution test head of appropriate wavelength in relation to the desired resolution is preferred and corresponding power, for example between about 5 and 50 MHz, in particular 25 MHz.
  • the test head not shown, is brought into contact with the surface 4 of the immersed test specimen 1 that has been ground to the last dimension (desired length).

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Description

Probekörper für Ultraschallprüfung Die Erfindung betrifft einen Probekörper für Ultraschall¬prüfung mit Testfehler oder -reflektor bestimmter Art, Lage und Größe, zur Prüfung, beziehungsweise Eichung (Kalibrieren) von Ultraschallprüfgeräten oder -prüfköpfen.
Die Erfindung ist zur Anwendung in der zerstörungsfreien Materialprüfung vorgesehen.
Zum Kalibrieren von Ultraschallprüfgeräten und/oder Prüfköpfen und zum Nachweis der Fehlererkennbarkeit werden Testreflektoren oder kleine Testfehler benötigt. Bekannt sind z.B. Kreisscheibenreflektoren in Form von Sackbohrungen mit flachem Boden. Solche Bohrungen lassen sich jedoch, besonders wenn der Boden flach sein soll, nicht beliebig klein herstellen.
Andererseits ist es mit zunehmender Ausschöpfung der Festigkeitspotentiale neuer Werkstoffe wie z.B. Pulvermetall-Superlegierungen oder hochfester Keramik, notwendig immer kleinere Werkstoffehler zu detektieren. Damit ist eine Miniaturisierung der Ultraschallprüftechnik erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Probekörper mit sehr kleinem Testfehler ∅≤ 0, 5 mm in Lage und Schallverhalten reproduzierbar herzustellen. Ferner soll der Probekörper leicht herstellbar sein und einen Reflektor mit beliebiger, jedoch reproduzierbarer Form enthalten. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruches. Weitere Merkmale der Erfindung sind in Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung ermöglicht es einen Probekörper mit reproduzierbaren, geometrisch in engen Grenzen definierten Ersatzfehlern und/oder Ersatzreflektoren (Einsätze) der Größenordnung von etwa 0,01 bis 0,05 mm herzustellen. Weiter ermöglicht die Erfindung den Reflektor in nahezu beliebig reproduzierbaren Formen herzustellen und damit verbundene Einflüsse auf das Ultraschallsignal zu ermitteln. Der Probekörper besteht dabei aus pulverisierbarem Metall, intermetallischen Phasen oder Keramiken. Die Einsätze bestehen mit Vorteil aus Quarzglas oder einem ähnlich sich verhaltendem Material.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung rein schematisch dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 den Probekörper mit darin angeordnetem Einsatz und
Fig. 2 die Einzelheit A aus. Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.
Fig. 3 a) bis h) verschiedene Gestaltungen der Reflektoroberfläche.
Der Probekörper 1 - hier ein Preßkörper - ist in einer Kapsel 2 enthalten. Diese weist ein Füllrohr 3 auf; in die Metallpulver z.B. Ni-Basislegierung vorteilhaft Korn <100 μm, eine intermetallische Phase oder ein Keramikpulver eingefüllt wird. Das Füllrohr wird mit dem Deckel zusammen nach Beendigung des Preßvorganges (heiß- oder kaltisostatisch) wieder entfernt, z.B. abgeschliffen. Die Schliffläche bildet dann die spätere Probenkörperoberfläche 4. Im Bodenbereich des Preßkörpers 1 ist ein Einsatzhalter 5 und ein Einsatz 6, z.B. ein Quarzstab befestigt. Der Einsatz weist z.B. eine zur Probenkörperoberfläche 4 in paralleler Ebene liegende Reflektorfläche 7 auf. Mit Hilfe dieses Ersatzreflektors oder Ersatzfehlers lassen sich die gewünschten Prüfungen an ültraschallgeräten durchführen. Die Einschallrichtung ist im dargestellten Ausführungsbeispiel von oben nachunten d.h. in der vertikalen bzw. in zur Achse des Preßkörpers parallelen Ebenen. Der Probekörper wird dabei üblicherweise in eine Flüssigkeit eingetaucht.
Beispiel eines Herstellverfahrens für den Probekörper:
Der oder die Einsätze 6 aus die Ultraschallprüfung nicht störendem Material wie Quarzglas oder synthetischem Diamant, Saphir in Stab-, Nadel oder Faserform von etwa 10 - 100μm∅ stückig bzw. partikular mit beliebiger Oberflächenausbildung (siehe Fig.3) wird in definierter geometrischer Lage (gem. Fig.1) in der (Fe-) Kapsel festgehalten mittels der Halterung 5 am Boden derselben, z.B. in 1 - 10 mm Abstand von 4, wenn die Kapsel etwa 20 mm ∅ und etwa 30 - 60 mm Länge hat.
Danach wird das Metallpulver durch das Füllrohr bzw. einen Fülltrichter eingebracht. Dabei dürfen sich die
Einsätze in der vorher definierten Lage nicht verschieben. Deshalb ist die Halterung der Einsätze wie Quarzstäbe an der Kapsel insbesondere am Kapselboden so gestaltet - mit Vorteil kegelförmig - daß keine einseitigen Kräfte während des Preßvorganges wie z.B. kalt- oder heißisostatisches Pressen auf den Einsatz wie Quarzstab einwirken.
Während des Füllvorganges der Kapsel mit dem Pulvermaterial ist die Kapsel mit Vorteil evakuiert, danach wird sie verschlossen, z.B. wenn die Kapsel aus Metall besteht, durch Verschweißen, so daß sie dicht ist. Es kann auch das Pulver unter Luft eingefüllt und danach - erst vor dem Verschließen - evakuiert werden. Danach wird mit dem Preßvorgang begonnen. Er kann in einer für die genannten Verfahren üblichen Presse erfolgen, bei den üblichen Drücken und Temperaturen. Zusätzlich kann sich an den Preßvorgang noch eine oder mehrere Wärmebehandlungsstufen anschließen.
Danach erfolgt das Entkapsein durch Abtrennen des Füllrohrs mit Deckel. Die Sollänge wird bei 4 durch ein an sich bekanntes Bearbeitungsverfahren eingestellt. Der Einsatz muß fest umschlossen sein.
Der Probekörper besteht aus einem Material, das dem zu prüfenden Werkstoff bzw. Werkstück gleich oder ähnlich ist. Notwendig ist es solche Materialien bzw. Materialgruppen zu verwenden, die nach einem pulvermetallurgischen Verfahren verarbeitbar sind.
Die Werkstoffauswahl für den oder die Einsätze wie z.B. Stäben-, Nadeln- und Fasern richtet sich nach der Preßtemperatur insbesondere HIP-Temperatur (HIP=Heiß-IsostatPressen) des Probenkörperwerkstoffes und nach den gewünschten Schallimpedeanzunterschieden. Z.B. eignet sich Quarz für den Einsatz in Nickelbasislegierungen da es sich, z.B. beim Heißpressen, gut verwenden läßt. Bei der HIP-Temperatur für eine solche Legierung ist der Einsatz so fest, daß die Form erhalten bleibt und ein ausreichender Impedanzunterschied zum umgehenden Werkstoff aus der Legierung besteht. Es können jedoch auch andere entsprechend geeignete Materialpaarungen gewählt werden.
Bei der Ultraschallprüfung wird bevorzugt ein hochauflösender und im Verhältnis zur gewünschten Auflösung hochfokussierender Prüfkopf entsprechender Wellenlänge und entsprechender Leistung z.B. zwischen etwa 5 und 50 MHz, insbesondere 25 MHz. Der nicht dargestellte Prüfköpf wird auf der zuletzt auf Maß (Sollänge), geschliffenen Fläche 4 des eingetauchten Probekörpers 1 zur Anlage gebracht.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Probekörper für Ultraschallprüfung mit Testfehler oder -reflektor bestimmter Art, Lage und Größe, zur Prüfung, beziehungsweise Eichung (Kalibrieren) von Ultraschallprüfgeräten oder -prüfköpfen, gekennzeichnet durch den Testfehler bildende Einsätze die mit ihrer größten Längsausdehnung in Einschallrichtung angeordnet sind und eine Reflexionsfläche zur Erzeugung eines Ultraschall-Echos aufweisen, die nicht größer als etwa 0,2 mm2 und der Oberfläche des Probenkörpers zugekehrt ist, an die sich der Prüfköpf bei der Ultraschallprüfung anlegt.
2. Probekörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche des Einsatzes zu der dem Prüfköpf als Anlagefläche dienenden Oberfläche einen festen Abstand aufweist.
3. Probekörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche in Schallrichtung konvex oder konkav ist.
4. Probekörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt ist, wie isostatisches Kalt- und/oder Heißpressen.
5. Probekörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er aus pulverisierbarem Metall, intermetallischen Phasen oder Keramiken besteht.
6. Probekörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er den oder die Einsätze in Stab-, Nadel- oder Faserform eingepreßt enthält.
7. Probekörper nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze aus Quarzglas, Diamant, Saphir bestehen.
8. Probekörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze an ihrer Spitze rotationssymmetrisch (kegelig) gestaltet sind.
9. Probekörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche eine unsymmetrische Gestalt aufweist.
10. Probekörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche aus (ungleichen) schrägen Teilflächen zusammengesetzt ist.
EP86900738A 1985-01-25 1986-01-21 Probekörper für ultraschallprüfung Expired - Lifetime EP0210202B1 (de)

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EP0210202B1 EP0210202B1 (de) 1990-06-13

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